DE2521458A1

DE2521458A1 - Vorrichtung zur emission akustischer wellen durch implosion

Info

Publication number: DE2521458A1
Application number: DE19752521458
Authority: DE
Inventors: Jacques Cholet
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1974-05-20
Filing date: 1975-05-14
Publication date: 1975-12-04
Also published as: JPS5917790B2; DK217875A; CA1033048A; IT1038307B; JPS50160101A; ES437811A1; GB1478813A; NO142639B; SE7505653L; NO751622L; BE828863A; AU8130675A; NL7505924A; FR2272455A1; FR2272455B1; SU609489A3; US3997022A; SU656556A3; NO142639C; SE398010B

Description

. ing. Dietrich Lswald - 8 München¹ 4O · birnatjer str. β

Aff. 1500

INSTITUT PEANOAIS DU PETROLE, ftueil-Malmaison, !Frankreich

Torrichtung zur Emission akustischer Wellen durch Implosion

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Emission akustischer Wellen durch Implosion und hat insbesondere ' die Emission akustischer Wellen in einem fluid zum Gegenstand.

Der Stand der Technik auf diesem Gebiet läßt sich durch eine bekannte Vorrichtung zur Emission akustischer Wellen beschreiben, deren Arbeitsprinzip darin zu sehen ist, Luft unter sehr starkem Druck in einer getauchten geeigneten Kammer zu speichern und dann sehr plötzlich diese Luft in dem umgebenden Wasser freizusetzen und so eine akustische Welle zu erzeugen. Eine Vorrichtung dieser Art ist in der US-Patentschrift 3 249 177 beschrieben.

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Bei dieser Art Vorrichtung bedingt die !Datsache, daß Luft unter einem sehr hohen Druck gespeichert wird, die Verwendung von Kompressoren, deren Preis hoch liegt.

Andererseits ist der energetische Wirkungsgrad einer Vorrichtung dieser Art nicht zufriedenstellend und man erhält ein pulsierendes für den Verwendungszweck, beispielsweise für die seismische Prospektion ,nicht günstiges Signal.

Durch die Erfindung soll nun eine Vorrichtung geschaffen werden, welche akustische Wellen mittels Implosionen aussendet, die in raschem Rhytmus aufeinander folgen können, um so eine Exploration des Untergrundes in kontinuierlicher Weise zu ermöglichen. Diese Emissionsvorriehtung soll einen verminderten Platzbedarf aufweisen und aufgrund dieser Tatsache besonders brauchbar für die seismische Prospektion im Meer bei großen (Tiefen sein, wobei die den starken Drücken gegenüberliegende Fläche vermindert wird. Auch soll die Vorrichtung auf die Emission akustischer Wellen in Bohrlöchern anpaßbar sein.

Die Vorrichtung nach der Erfindung umfaßt im wesentlichen einen Zylinder, einen Kolben, der mit einer mit dem Fluid in Kontakt kommenden fläche versehen und so ausgelegt ist, daß er im Zylinder gleitet, wobei dessen Inneres gegen das Fluid isoliert wird. Er umfaßt des_weiteren ein bewegliches, Antriebseinrichtungen zugeordnetes Organ, um auf den Kolben einen intermittierenden Druck auszuüben und den Kolben zu veranlassen, in eine Ausfahrstellung zu gleiten; sowie auswechselbare Biockiereinrichtungen, die sich vom beweglichen Organ unterscheiden, um den Kolben in Ausfahrstellung zu blockieren und fast augenblicklich zu deblockieren.

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Die Vorrichtung weist also ein bewegliches Organ auf, daß so ausgelegt ist, daß es intermittierend in Anschlag gegen den Kolben kommt und ihn in Translation mitnimmt; sowie Antriebseinrichtungen, welche dieses bewegliche Organ nacheinander in die Ausfahrstellung und in die Annäherungsstellung gleiten lassen.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denen

Figur 1 schematisch einen Schnitt durch eine Ausführungsform der Vorrichtung zeigt, wobei Zylinder und Kolben in angenäherter Stellung, im folgenden "Einfahrstellung¹¹ genannt, sich befinden;

Figur 2 zeigt schematisch einen Schnitt durch die Vorrichtung, wobei Zylinder und Kolben in Entfernungsstellung, im folgenden "Ausfahr st ellung¹¹ genannt, sich befinden und durch das bewegliche Organ gehalten sind}

Figur 3 zeigt schematisch einen Schnitt durch die Vorrichtung, wobei Zylinder und Kolben in Ausfahrstellung verriegelt dargestellt sind;

Figur 4 zeigt eine Ausführungsform des Kolbens.

Nach den Figuren umfaßt die Vorrichtung im wesentlichen einen ersten Zylinder 1, der fest mit einem zweiten Zylinder 2 verbunden ist. Die Zylinder 1 und 2 können zur Montagevereinfachung aus zwei Teilen 1 und 1 a, 2 und 2 a bestehen, die beispielsweise durch Verschrauben bei 3 und 4 vereinigt sind.

Ein erster mit einer Hohlstange 6 versehener Kolben ist so ausgelegt, daß er im ersten Zylinder gleitet, wobei

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die Stange 6 den Boden 1 a dieses Zylinders durchsetzt . Das Innere des ersten Zylinders 1 sowie die Hohlstange 6, mit der er über Öffnungen 7 in Verbindung steht, sind mit öl über Kanäle 8 und 9 von einer Verteilereinrichtung an sich bekannter nicht dargestellter Art gespeist.

Ein zweiter Kolben 10 ist so ausgelegt, daß er im zweiten Zylinder 2, 2 a gleitet. Der Kolben umfaßt eine zylindrische an einem Ende offene Ausnehmung 10 a, deren Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des Zylinders 1,1a ist. Der zweite Kolben ist in seiner Verschiebung durch eine Schulter 11, innerhalb des zweiten Zylinders und durch eine Bohrung 12 geführt, welche die Stirnwand durchsetzt, welche gegenüber derjenigen Liegt, die der Ausnehmung 10 a dieses zweiten Kolbens gegenüber.steht. Plüssigkeitsdichtungen 14 und 15 sind in die Innenwandung der Schulter 11 und der Bohrung 12 eingebaut.

Die Schulter 11, der Kolben 10 und die Dichtungen 14 trennen den zweiten Zylinder 2 in zwei Hohlräume 16 und 17j der Hohlraum 16 befindet sich auf der Seite des ersten Zylinders 1. Ein Druck, der sehr viel geringer als der Außendruck ist, wird in dem dichten durch den Hohlraum und die Ausnehmung 10 a begrenzten Volumen erzeugt. Der zweite Hohlraum 17 umfaßt zwei Teile unterschiedlichen Querschnittes, die durch eine Schulter 18 miteinander verbunden sind. Der !Teil mit dem geringsten Querschnitt befindet sich auf der Seite der Schulter 11. Der im Hohlraum 17 enthaltene Seil des zweiten Kolbens 10 ist fest mit einer Ventilklappe 19 von einem Durchmesser großtr al« d«m des Kolbens 10 verbunden, der geringfügig kleiner al« der Teil mit dem geringsten Querschnitt des zweiten Hohlraums 17 ist.

Die End- odtr Stirnwandung 13 des zweiten Zylinders ist auf dessen Innenseite mit einem Ringsitz 20 von einem

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Durchmesser versehen, der kleiner als der des Hohlraums 17 in seinem Seil mit dem größten Querschnitt ist. Der Sitz 20 begrenzt einen Innenraum 21. Der Hohlraum 17 wird mit öl über zwei Kanäle 22 und 23 von einer Verteilereinrichtung an sich bekannter Art, die nicht dargestellt ist, gespeist. Der Kanal 23 mündet in den Innenraum 21 an einer Stelle innerhalb des Sitzes 20.

Die Arbeitsweise der Emissionsvorrichtung ist die folgende:

In einem ersten Takt befindet sich die Vorrichtung in der in fig. 1 gezeigten Stellung. Der zweite Kolben ist in maximaler Einfahrstellung im Innern des zweiten Zylinders 2. Der erste Kolben 5 befindet sich ebenfalls in seiner maximalen Einfahrstellung im Innern des ersten Zylinders 1.

Man betätigt die Verteilereinrichtung, derart, daß Ul unter Druck in den Zylinder 1 auf der der Stange 6 gegenüberliegenden Seite des ersten Kolbens eingeführt wird. Durch das Einführen von Ol wird der erste Kolben zurückgestossen und die mit ihm fest verbundene Stange stützt sich gegen den Boden des zylindrischen offenen Teils 10a des zweiten Kolbens ab. Dieser gleitet bis in die in figur 2 angedeutete Lage, in welcher die Klappe 19 sich gegen den Sitz 20 abstützt. Der innerhalb des Sitzes 20 befindliche Baum 21 ist gegen den Hohlraum isoliert. Man betätigt dann die Verteilereinrichtung, damit der Innenraum 21 über den Kanal 23 auf atmosphärischen Druck gebracht wird.

Gleichzeitig wird die Verteilereinrichtung betätigt, damit Öl unter Druck über den Kanal 22 in den Hohlraum eingeführt werden kann, welcher mit Ol von niedrigem

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Druck im Augenblick der Inbetriebnahme der Vorrichtung gefüllt ist. Der auf das Ventil 19 ausgeübte Druck hält es gegen den Sitz 20 und blockiert den zweiten Kolben in seiner Stellung.

Dann wird Ul unter Druck über den Kanal 9 in das Innere der Stange 6 des ersten Kolbens 5 eingeführt, welcher über die Offnungen 7 mit dem Inneren des ersten Zylinders 1 in Verbindung steht. Dieses Einführen oder Eindrücken führt dazu, daß der erste Kolben 5 im ersten Zylinder 1 bis in eine in Figur 3 dargestellte Lage rückgeführt wird. Die Vorrichtung kann dann ausgelöst werden.

Im Augenblick der gewählten Auslösung führt man das öl unter Druck über den Kanal 23 ein. Der Druck des Öls wirkt auf die Oberfläche des Ventils 19 und hebt es vom Sitz 20 ab. In diesem Augenblik wird der Druck zu beiden Seiten des Ventils 19 ausgeglichen.

Befindet sich die Vorrichtung im Tauchzustand im Wasser, so ist der zweite Kolben 10 zwei komplementären Kräften ausgesetzt: der hydrostatischen Kraft, die auf die äußere Endwandung 24 dieses Kolbens wirkt und derjenigen, die auf den zusätzlichen Unterdruck zurückzuführen ist, welcher in dem dichten durch den Hohlraum 16 und den Baum 10 a durch Rückführen eben dieses Kolbens begrenzten Volumen hervorgerufen wurde. Der zweite Kolben 10 kehrt sofort in das Innere des zweiten Zylinders bis in die in I¹IgUr 1 gezeigte Lage zurück. Akustische Wellen werden durch rasche Veränderung des Volumens der getauchten Vorrichtung und ihr Stillsetzen bei Hubende hervorgerufen.

Ein zu plötzliches Stillsetzen wird durch eine ölsehloht oder ein Durchdrücken des Öls zwischen dem Ventil 19 und Schulter 18 vermieden, was dazu führt, daß die Bewegung des zweiten Kolbens 10 gedämpft wird.

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Die Torrichtung ist in ihrer Ausgangslage (Figur 1) zurückgekehrt. Ein neuer Zyklus kann beginnen.

Nach der Ausführungsform der Figur 4 umfaßt der Kolben einen zweiten Hohlraum 25 und zwar auf der dem ersten Hohlraum 10 a abgelegenen Seite, in welchem ein dritter Kolben 26 gleitet, dessen End- oder Stirnwandung 24 den Kopf bildet. (Flüssigkeits)dichtungen 27 isolieren das Innere des Hohlraums 25 gegen dte äußere Umgebung. Ein Haltering 28 ermöglicht es, die Verschiebung des dritten Kolbens? vom Hohlraum 25 aus gesehen,nach außen zu begrenzen.

Eine Dämpfungsanordnung 29 beliebiger Art, beispielsweise ein aus elastischem Material hergestellter Block wird zwischen dem dritten Kolben 26 und dem Boden des Hohlraums 25 zwischengeschaltet. Länge und Steifigkeit dieses Dämpfungselementes werden derart gewählt, daß auf den Tauchtiefen, auf denen die Vorrichtung verwendet wird, der dritte Kolben einen gewissen Spielraum beim Eindringen in das Innere des Hohlraums 25 beibehält. Auf diese Weise kann der Stoß des Wassers, der auf die Endfläche 24 ausgeübt wird, wenn der Kolben 10 bei Hubende ankommt, gedämpft werden. Die Oberfläche 24 kann so besser wiederholten hierauf ausgeübten Beanspruchungen widerstehen.

- Ansprüche -

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Claims

252H58 Äff. 1500 ANSPRÜCHE

1./ Vorrichtung zur Emission akustischer Wellen in einem Fluid durch Implosion, mit einem Zylinder, einem Kolben mit einer in Eontakt mit dem Fluid stehenden Wandung derartiger Auslegung, daß er im Zylinder zwischen einer Annäherungsstellung gegen das Innere des Zylinders und einer Ausfahrstellung gegen das Äußere des Zylinders gleitet und das Innere des Zylinders gegen das Fluid isoliert; und mit Einrichtungen zum Blockieren des Kolbens in Ausfahrstellung, gekennzeichnet durch ein bewegliches Organ derartiger Auslegung, daß es intermittierend in Anschlag gegen diesen Kolben kommt und diesen in !Translation mitnimmt; und durch Antriebseinrichtungen, welche das bewegliche Organ nacheinander gegen die Ausfahrstellung und gegen die Annäherungsstellung zu gleiten veranlaßt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Organ einen weiteren Kolben derartiger Auslegung aufweist, daß er In einem anderen fest mit dem den Kolben enthaltenden Zylinder verbundenen Zylinder gleitet, wobei dieser mit einer Fluidkontaktfläche verbunden ist und dieser Kolben mit einer Stütztfläche für den anderen Kolben versehen ist und wobei eine hydraulische Anordnung zur Bewegung des anderen Kolbens vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Blockierungseinrichtungen eine fest mit dem Kolben verbundene Klappe und Druckeinrichtungen

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aufweisen, um diese Klappe gegen eine fläche innerhalb dieses Zylinders in Ausfahrstellung des Kolbens zu halten.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckeinrichtungen eine hydraulische Anordnung zum Einführen von Flüssigkeit unter Druck in das Innere eines Hohlraums dieses das fest mit dem Kolben verbundene Ventil enthaltenden Zylinders aufweisen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4i dadurch gekennzeichnet, daß diese Oberfläche eine Endwandung dieses Zylinders ist, die mit einem einen Sitz für diese Klappe bildenden Anschlag versehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 51 dadurch gekennzeichnet, daß dieser Sitz einen Innenraum in Verbindung mit der hydraulischen Anordnung aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Innenwandung dieses Zylinders eine Einschnürung von einem Durchmesser geringfügig größer als dem der Klappe in der Nähe der dieser Endwandung gegenüberliegenden Wandung aufweist, um ein Durchlecken der flüssigkeit und eine Dämpfung der Kolbenbewegung herbeizuführen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieser mit einer fluidkontaktfläche versehene Kolben einen Hohlraum über einen Teil seiner Länge aufweist, wobei dieser Raum derart ausgelegt ist, daß er wenigstens einen Teil dieses anderen Zylinders aufnimmt.

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- ίο -

9. Torrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Fluid in Eontakt stehende Wandung des Kolbens bezüglich dieses Kolbens verschiebbar ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung dieses Kolbens mit Dämpfungseinrichtungen zusammenwirkt, die auf diese Wandung einen Druck in einer Richtung entgegengesetzt zu der des fluids ausüben.

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